为了使COVID-19检测更便捷,科学家们对智能手机摄像头下手了……

2020/12/08 来源:生物探索
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导读
一项基于CRISPR的COVID-19测试技术可以使用智能手机摄像头在30分钟内就能提供准确的结果。

对抗COVID-19大流行的主要障碍之一是大规模快速检测的可用性,了解谁被感染将为政府和市民提供有关病毒潜在传播和威胁的宝贵数据。但是,目前的检测等待时间通常要几天,如果需要处理实验室的积压测试时,甚至需要更长的时间。而且,大多数感染者症状轻微或没有症状,但仍携带并传播病毒,这一事实使情况更加恶化。

12月4日,来自加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校的研究小组发表在《Cell》上的一项新研究中,概述了一项基于CRISPR的COVID-19测试技术,该技术使用智能手机摄像头在30分钟内就能提供准确的结果。更重要的是,这项新的测试技术不仅可以产生阳性或阴性结果,还可以测量给定样品中的病毒载量(或SARS-CoV-2的浓度)。


DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.12.001

目前检测COVID-19使用的定量PCR方法是检测的金标准。但是,使用此技术检测SARS-CoV-2的问题之一是需要DNA。冠状病毒是一种RNA病毒,这意味着要使用PCR方法,必须先将病毒RNA转化为DNA。另外,该技术依赖于两步化学反应,包括一个扩增步骤,以提供足够的DNA供其检测。因此,当前的测试通常需要训练有素的操作人员、专业的试剂和笨重的实验室设备,这严重限制了可以进行测试的位置并延迟了得到结果的时间。

作为PCR的替代方法,科学家正在开发基于基因编辑技术CRISPR的检测策略,该技术擅长特异性鉴定遗传物质。

迄今为止,所有CRISPR检测都要求将病毒RNA转化为DNA并进行扩增,然后才能对其进行检测,这增加了检测时间和复杂性。相比之下,这项最新研究中描述的新颖方法跳过了所有转换和扩增步骤,使用CRISPR直接检测病毒RNA。

在新的检测方法中,研究人员将Cas13蛋白与报告分子结合,该分子能在切割后发出荧光,然后与来自鼻拭子的患者样品混合,将样品放置在连接到智能手机的设备中。如果样品中含有来自SARS-CoV-2的RNA,Cas13将被激活并切割报告分子,从而导致荧光信号的发射。然后,从本质上转换为显微镜的智能手机相机可以检测荧光并报告拭子测试呈阳性。


将手机相机用作便携式读板器

此外,这种检测方法可以适应于各种手机,从而使该技术易于使用。

Ott博士说:“真正使这项技术与众不同的是,它使用一步反应直接测试病毒RNA,而传统的PCR测试则采用两步反应。更简单的化学反应与智能手机摄像头搭配使用,可以缩短检测时间,并且不需要复杂的实验室设备。它还可以使测试产生定量的测量结果,而不仅仅是简单的阳性或阴性结果。”

而选择使用手机作为检测设备的基础,是因为它们具有直观的用户界面和可用于检测荧光的高度敏感的摄像头。同时,手机也已批量生产且具有成本效益。

随后,研究人员使用患者样品测试了他们的新方法。结果表明,对于具有临床相关病毒载量的样品,该设备可以提供非常快速的结果周转时间。实际上,该设备可在5分钟内准确检测出一组阳性样品。对于病毒载量低的样品,最多需要30分钟便能将其与阴性结果区分开。

新的基于CRISPR的检测不仅为快速测试提供了一个有希望的选择,并且通过使用智能手机避免了笨重的实验室设备,使这项技术变得更便携,最终可能会用于即时医疗服务,甚至在家中使用。除了诊断SARS-CoV-2,它还可以扩展到其他的呼吸道病毒中。

此外,智能手机相机的高灵敏度以及连接性、GPS和数据处理功能,使其成为诊断资源匮乏地区疾病的诱人工具。

Ott博士说:“我们希望将这项测试开发到一种设备上,该设备可以将结果立即上传到基于云的系统中,同时保护患者的隐私,这对于联系追踪和流行病学研究至关重要。这种基于智能手机的诊断测试可以在控制当前和未来的流行病中发挥关键作用。”

参考资料:

1.Amplification-free detection of SARS-CoV-2 with CRISPR-Cas13a and mobile phone microscopy

2.https://www.biospace.com/article/releases/new-crispr-based-test-for-covid-19-uses-a-smartphone-camera/

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